JP4749961B2 - 気泡発生装置 - Google Patents

Description

本発明は鉱物油や植物油などで汚れた水や汚泥水の排水時の浄化などにおいて、好気性菌を利用した浄化を行なう装置等に使用する気泡発生装置に関するものである。

水を使用する工場等において鉱物油や植物油などで汚れた水の浄化には、その汚れた水に好気性菌等を作用させ、この好気性菌等を繁殖させることで汚れた成分を消化させることにより処理する方法が一般的に使用されている。このような汚水の浄化装置においては、好気性菌等を繁殖させるために、汚水に微細な気泡を混合して酸素呼吸を促し、好気性菌等の生存環境を整えることが必要とされる。このような汚水中への微細な気泡の混合や発生を行う装置は、浄化しようとする汚水等の中に配置され、円柱等のパイプの中で下端部に設けた空気排出口から空気を排出し、この空気流によって生じる上方への水流を螺旋状の羽などで渦巻き状の水流とし、上昇水流中で気泡を混入し、また同時にパイプの内部に多数の突起を備えた気泡微細化手段を配置して気泡を微細化し、汚水への浄化を促進する構造が従来から使用されていた。
特許第３６７７５１６号公報

上記従来の気泡混合装置等においては、長年に亘り渦巻き水流を形成することで水流の撹拌が促進されると共に、気泡の汚水への混合が促進され、汚水への気泡の発生と混合が効率よく行われると考えられていた。汚水等の浄化においては、水流中て空気（気泡）を突起物に衝突させ、これにより気泡を微細化する方法が一般的であるが、汚水を更に効果的に浄化するためには、汚水等の中においてキャビテーション等を発生させ、これを水圧の変化で気泡崩壊させることで、汚水等の浄化がより効果的で効率的に行なえることを発見した。汚水等の中でキャビテーション等を発生させるためには、渦巻き水流を利用したり、円筒の中を流れる水流を分散するのではなく、水流を早め、かつ水流中に圧力変化を起こす必要がある。このような観点でみると、従来の気泡混合装置等における渦巻き水流では、かえって水流が遅くなり汚水等における気泡の発生を阻害しているものである。

本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、汚水への気泡の発生が効率よく行なわれる構造を備えた気泡発生装置を提供することを目的とする。また、効率よく水中で気泡が発生する気泡発生用の円筒部品構造を提供することを目的とする。

このような課題を解決するための本発明の気泡発生装置は、空気供給源に接続される空気噴出口が下端部に設けられ、前記空気噴出口より噴出される空気を微細化する微細気泡発生手段が前記空気噴出口より上方に配置され液体中で使用される気泡発生装置であって、前記微細気泡発生手段は、円筒状の外筒の内部に、円筒状の本体と、前記本体から中心に向かって突き出た複数の突起部とからなる円柱体を、軸方向に複数個重ねて配置すると共に、当該複数個の円柱体を、前記空気噴出口より噴出される空気が上昇する位置に配置した構成を有し、前記円柱体の前記突起部はその各先端が向かい合う中央部において先端が鋭角に成形され、かつ複数の前記突起部の前記先端を前記中央部においてキャビテーション発生用の開口を構成するように所定の長さに設定した構造を有する。
さらに、空気噴出口より噴出される空気流によって、微細気泡発生手段を通過する液体の速度が毎秒５ｍ以上となる構成とすることが望ましい。また、微細気泡発生手段の開口は最小で２ｍｍの直径もしくは通過幅を有することが望ましい。微細気泡発生手段は円柱体の軸方向に円柱体が複数配置され、かつ互いに隣接する円柱体においては、軸方向に見た突起部が互いに重ならないように配置される構造とすることが望ましい。
また、微細気泡発生手段は円柱体を所定の間隔で配置するためのスペーサをさらに備えても良く、突起部はその外周に切欠きや、突起を備えた構造もとり得る。さらに円柱体は相互の位置を固定する位置決め穴と突起とが軸方向に対抗する二つの面に形成された構造でもよい。
また、突起部は各突起部の先端が向かい合う中央部において、円柱体の軸方向上方に向かってその径が小さくなる略円錐形の開口を構成するよう先端が鋭角に形成された構造、あるいは突起部がその断面がブレード状に形成された構造が望ましい。
またさらに、上記のような課題を解決するための本発明の気泡発生用の円柱体は、円筒状の本体と、本体から中心に向かって突き出た複数の突起部とからなる円柱体であって、突起部は円柱状の本体の軸方向上方に向かってその径が小さくなる略円錐形の開口を構成するよう鋭角に形成されたものである。
またさらに、上記のような課題を解決するための本発明の気泡発生用の円柱体は、円筒状の本体と、本体から中心に向かって突き出た複数の突起部とからなる円柱体であって、突起部は断面がブレード状に形成されている。また、突起部の下面（水流と対抗する面）に、半径方向に複数のエッジを設けることで、微細な気泡の発生が促進される。

本発明によれば、特に円柱体の突起部がその各先端が向かい合う中央部において、先端が鋭角に成形され、この中央部にキャビテーション発生用の開口を形成した構造を有するので、空気流による水流を円柱体の中央部に設けた開口で高めて、気泡を発生させるとともに、その後開口を通過した水流が気泡崩壊を起こすことで、汚水などの浄化が効率よく行なわれる。

（実施の形態１）
以下、図を参照しながら、本発明の実施の形態の気泡発生装置について説明する。図１は、本発明の実施の形態の気泡発生装置の側断面図で、図２から図５は同装置の一部が破断された平面図である。気泡発生装置１は、送風ブロア等の公知の空気供給源（図示せず）に接続される空気噴出口２が下端部に設けられ、空気噴出口２より噴出される空気を微細化する微細気泡発生手段３が空気噴出口２より上方に配置されている。この気泡発生装置１は、汚水等の液体を保持する浄化槽４内に固定具５等で固定されており、汚水等の液体中で使用される。微細気泡発生手段３は、円筒状の外筒６の内部に円柱体７が外筒６の軸方向に複数個重ねて配置されている。円柱体７は、円筒状の本体８と、本体８から中心に向かって突き出た複数の突起部９とから構成されている。
図１においては、円柱体７が空気噴出口２より噴出される空気が上昇する位置（空気噴出口２より上方）に複数個配置される構成に加え、さらに後述する実施の形態２に示すような円柱体１０を積み重ねて配置している。また、微細気泡発生手段３は円柱体７、１０を所定の間隔で配置するためのスペーサ１１をさらに備えている。スペーサ１１は、突起部９のない本体８のみで構成されている。このスペーサ１１は円柱体１０を積み重ねて配置する際の間隔の維持や、円柱体１０が多いと詰まりなどを起こす場合の詰まり防止、あるいは円柱体１０を積み重ねる数を少なくして、所定の全体の高さを維持する際に使用する。円筒状の外筒６と、その内部に配置され、スペーサ１１を適宜挟んで外筒６の軸方向に複数個積み重ねられた円柱体７、１０とは、上下の２箇所（Ｘ，Ｙ）において、各４本のリベット１２によって相互に固定されている。そして、微細気泡発生手段３を通過する汚水（液体）の速度が毎秒５ｍ以上となるよう、空気噴出口２より噴出される空気の圧力が調整される構成とすることが望ましい。また、互いに隣接する円柱体７は、円柱体７、１０の軸方向に見た状態で、突起部９が互いに重ならないように、回転方向に２２．５度ずらせて配置される。

次に図６から図１１により、円柱体７の詳細な構造を説明する。円柱体７は、円筒状の本体８と、本体８から中心に向かって突き出た複数の突起部９とから構成されている。この突起部９はその各先端が向かい合う中央部Ｃにおいて、先端９ａが鋭角に成形され、複数の突起部９の先端９ａによって、この中央部Ｃにキャビテーション発生用の開口１３を形成するように、それぞれの突起部９が所定の長さに設定されている。
また、この開口１３は、突起部９の先端９ａが向かい合う中央部Ｃにおいて先端が鋭角に形成されているので、開口１３は、円柱体７の軸方向上方に向かってその径が小さくなる略円錐形（本実施の形態では正確には多角円錐状となる、特に図７参照）を構成する。また、突起部９にはその外周に、半径方向の切欠き１４ａ、軸方向切欠き１４ｂおよび突起１５が形成されている。さらに円柱体７の本体８には、本体８相互の位置を使用時に固定する位置決め穴１６と固定用の突起１７とが軸方向に対抗する二つの面に形成されている。本体８の内壁には、気泡発生をさらに促進する切欠き１４ｂを備えた内壁突起１８が形成されている。

次に、図１２および図１３により、本実施の形態における微細気泡発生手段３における気泡の発生作用を説明する。図１２および図１３は、汚水などの水流（図では上方へ向かう）と円柱体７との関係を示すもので、図１２、１３の上方に向かう水流は、円柱体７によって形成される円筒状の水路を上方へと流れるが、円筒状の水路内では、中央部Ｃの開口１３に集まろうとする。そして中央に集まる流体は、多角円錐状の開口１３に呼び込まれ、通過流速が、この開口１３を通過する際に早くなる。そして流速が早くなれば、その部分における圧力が低下する（ベルヌーイの定理による）。このように圧力の低下した流体中の空気の一部は、圧力の低下にともない気泡となる。すなわちキャビテーションが発生する。この場合、開口１３は、その直径が小さいほど通過する液体の流速が増加し、より効果的にキャビテーションが起こって気泡の発生が促進されるが、一方では汚水等には、ごみや泥が混入しているため、直径もしくは通過幅が小さいと詰まりが生じる。このため、この開口１３は最小で２ｍｍ程度必要である。また、通過する流体の速度は毎秒５ｍ以上が必要である。
この後、開口１３を通過した水流は、一気に開放されて、気泡崩壊、すなわち多数の気泡Ｂが発生し、微細化される。また、中央部Ｃから周辺に逃げた流体は、突起部９と衝突する。図１３は、突起部９とこれを通過する流体との関係を示す。突起部９の外周の半径方向の切欠き１４ａや軸方向切欠き１４ｂによって渦キャビテーションＴが発生し、また突起１５によって小さな乱流が起こり、渦キャビテーションＴおよびクラウドＫが発生する。このように、半径方向の切欠き１４ａや軸方向切欠き１４ｂを設けることで、微細な気泡Ｂの発生が促進される。
（実施の形態２）

本発明の実施の形態２について図１４から図１８により説明する。本実施の形態の気泡発生用の円柱体１０は、円筒状の本体８と、本体８から中心に向かって突き出た複数の突起部１９とから構成されるものであって、突起部１９は、図１７に示すように、断面が飛行機の翼の断面に類似したブレード状に形成されている。そして突起部１９は先端が鋭角に成形された構造とし、この中央部Ｃにおいては、複数の突起部１９は先端が集まって、キャビテーション発生用の開口２０が形成されるように、それぞれの突起部１９は所定の長さに設定されている。また、この突起部１９の下面（水流と対抗する面）には、半径方向に複数のエッジ２１が形成されている。なお、実施の形態１と実施の形態２においては、同一の部品には同一の参照符号が付されており、その説明を省略する。このような突起部１９は、実施の形態１において使用した突起部９が備える切欠き１４ａや軸方向切欠き１４ｂおよび突起１５がないので、特に汚泥等で詰まりが発生する汚水処理などの場合に効果を有する。

次に、本実施の形態における気泡発生用の円柱体１０による気泡Ｂの発生作用を説明する。図１８は、汚水などの水流（図に上方へ向かう）と円柱体１０との関係を示すもので、上方に向かう水流は、実施の形態１の場合と同じように、開口２０に呼び込まれた水流は通過流速が早くなる。そして流速が早くなれば、その部分における圧力が低下（ベルヌーイの定理による）し、キャビテーションが発生し、気泡を多数発生する。その後、圧力の低下した流体は開口２０を通過して一気に開放され、気泡成長と気泡崩壊が起こって、多数の気泡がさらに微細化される。図１８においては突起部１９と、これを通過する流体との関係を示す。突起部１９は断面が図１７に示すようにブレード状に形成されているので、飛行機の翼と同様にシートキャビテーションＳが発生し、突起部１９の下面（水流と対抗する面）には、半径方向に複数のエッジ２１が形成されているので、渦キャビテーションＴが発生する。さらにシートキャビテーションＳの下流では、クラウドキャビテーションＫが発生する。このように、突起部１９の断面がブレード状に形成され、さらに突起部１９の下面（水流と対抗する面）に、半径方向に複数のエッジ２１を設けることで、微細な気泡の発生が促進される。
（実施の形態３）

図１９は、本発明の実施の形態３における気泡発生装置１の配置構成を説明する斜視図であり、本実施の形態では、気泡発生装置１が浄化槽（図示せず）の下部に８基配置されている。送風ブロア（図示せず）よりの空気は、主配管２２からさらに分岐配管２３を介して、各気泡発生装置１に均等な空気圧の空気が送られる。これらの各気泡発生装置１全体は浄化槽（図示せず）などの汚水中に配置されて、浄化槽中の汚水中において微細な気泡を発生し、汚水等の浄化を行なう。

本発明は、浄化を行なう装置等に使用する気泡発生装置に使用することで、気泡を効率よく発生し、汚水等における浄化が効率よく行なえるので、微細な気泡の発生を必要とする汚水や排水の浄化装置において広く利用可能である。

本発明の実施の形態１の気泡発生装置の側断面図 同装置の一部が破断された平面図 同装置の他の一部が破断された平面図 同装置の更に他の一部が破断された平面図 同装置の更に他の一部が破断された平面図 同装置の円柱体の平面図 同装置の側断面図 同装置の突起部の拡大側面図 同装置の突起部の断面図 同装置の突起部の断面図 同装置の内壁突起の正面図 本発明の実施形態１における汚水などの水流と円柱体との関係を示す概略説明図 本発明の実施形態１における汚水などの水流と円柱体との関係を示す説明図 本発明の実施の形態２における円柱体を示す平面図 同装置の側断面図 同装置の底面図 同装置の突起部の断面図 本発明の実施形態２における汚水などの水流と円柱体との関係を示す説明図 本発明の実施形態３における気泡発生装置の配置構成を示す斜視図

符号の説明

１ 気泡発生装置
２ 空気噴出口
３ 微細気泡発生手段
６ 外筒
７、１０ 円柱体
８ 本体
９、１９ 突起部
１１ スペーサ
１３、２０ 開口
１４ｂ 半径方向の切欠き
２１ エッジ

Claims (13)

1. 空気供給源に接続される空気噴出口が下端部に設けられ、前記空気噴出口より噴出される空気を微細化する微細気泡発生手段が前記空気噴出口より上方に配置され液体中で使用される気泡発生装置であって、前記微細気泡発生手段は、円筒状の外筒の内部に、円筒状の本体と、前記本体から中心に向かって突き出た複数の突起部とからなる円柱体を、軸方向に複数個重ねて配置すると共に、当該複数個の円柱体を、前記空気噴出口より噴出される空気が上昇する位置に配置した構成を有し、前記円柱体の前記突起部はその各先端が向かい合う中央部において先端が鋭角に成形され、かつ複数の前記突起部の前記先端を前記中央部においてキャビテーション発生用の開口を構成するように所定の長さに設定したことを特徴とする気泡発生装置。
2. 前記空気噴出口より噴出される空気流によって、前記微細気泡発生手段を通過する液体の速度が毎秒５ｍ以上となる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の気泡発生装置。
3. 前記開口は最小直径もしくは最小通過幅を２ｍｍとしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気泡発生装置。
4. 前記微細気泡発生手段は、互いに隣接する前記円柱体においては、前記軸方向に見た突起部が互いに重ならないように配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の気泡発生装置。
5. 前記微細気泡発生手段は前記円柱体を所定の間隔で配置するためのスペーサをさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の気泡発生装置。
6. 前記突起部はその外周に切り欠きを備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の気泡発生装置。
7. 前記突起部はその外周に突起を備えたことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の気泡発生装置。
8. 前記突起部は各突起部の先端が向かい合う中央部において、円柱状の前記本体の軸方向上方に向かってその径が小さくなる略円錐形の開口を構成するよう先端が鋭角に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の気泡発生装置。
9. 前記突起部は断面がブレード状に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の気泡発生装置。
10. 前記突起部の水流と対抗する面に、半径方向に複数のエッジを設けたことを特徴とする請求項９に記載の気泡発生装置。
11. 前記円柱体は相互の位置を固定する位置決め穴と突起とが軸方向に対抗する二つの面に形成されたことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の気泡発生装置。
12. 請求項１の気泡発生装置に使用する円柱体であって、円筒状の本体と、前記本体から中心に向かって突き出た複数の突起部とを有し、前記突起部は円柱状の前記本体の軸方向上方に向かってその径が小さくなる略円錐形の開口を構成するよう鋭角に形成されたことを特徴とする気泡発生装置の円柱体。
13. 請求項１の気泡発生装置に使用する円柱体であって、円筒状の本体と、前記本体から中心に向かって突き出た複数の突起部とを有し、前記突起部は断面がブレード状に形成されたことを特徴とする気泡発生装置の円柱体。